Causes de la rupture de la courroie de distribution

Rupture d'une courroie de distribution

Le tendeur de courroie de distribution peut être remplacé en même temps que la courroie elle-même ; c'est une pratique courante. Sur certains moteurs où la courroie de distribution entraîne la pompe à liquide de refroidissement, cette dernière est généralement remplacée également. Les défaillances les plus fréquentes des courroies de distribution sont le délaminage et l'effilochage des fibres, ou encore l'usure prématurée des dents. Dans ce dernier cas, la dent de la courroie patine. La rupture de la courroie de distribution est rare, compte tenu de la haute résistance des fibres. Cependant, la courroie peut s'user progressivement à cause des débris et des saletés mélangés à l'huile et à la graisse, ce qui entraîne une défaillance prématurée.

La tension correcte de la courroie est essentielle à sa durée de vie. Une courroie trop lâche fouette, tandis qu'une courroie trop tendue siffle et exerce une contrainte excessive sur les roulements des pignons. Dans les deux cas, sa durée de vie est considérablement réduite. Outre la courroie elle-même, le tendeur peut également tomber en panne. D'autres défaillances, notamment au niveau des roulements des pignons et des galets tendeurs, peuvent entraîner le déraillement de la courroie.

Causes de la rupture de la courroie de distribution

Les différentes causes de défaillance des courroies de distribution comprennent :

Défaillance due au désalignement

L'une des principales causes de défaillance de la courroie de distribution est un défaut d'alignement. Ce défaut est dû à une usure irrégulière ou excessive des dents, à une rupture par traction et à un dérapage de la courroie. Pour prolonger la durée de vie de votre courroie de distribution, vérifiez et alignez régulièrement vos arbres et poulies de distribution. Cela permet d'éviter de nombreuses immobilisations.

Charge excessive

Une charge excessive provoque le cisaillement des dents d'une courroie de distribution. Les charges excessives ou les chocs peuvent également entraîner une usure irrégulière et excessive des dents, ainsi qu'une rupture par traction. Pour remédier à ce problème, la transmission doit être repensée.

Ceinture sous-tendue

Le cliquetis, ou décalage des dents, est dû à une courroie de distribution sous-tendue. Une tension insuffisante entraîne une usure excessive ou irrégulière des dents et un bruit de transmission excessif. Pour régler la tension correcte d'une courroie de distribution, utilisez un tensiomètre.

Structure de transmission faible

Si la transmission vibre excessivement ou si vos courroies de distribution sont détendues, il se peut que la structure de la transmission soit fragilisée. Pour remédier à ce problème, essayez de renforcer cette structure.

Poulies endommagées ou usées

La durée de vie d'une courroie de distribution est réduite par des poulies endommagées ou usées. Si les dents sont usées, la courroie s'use prématurément et peut s'endommager. Des entailles ou des éraflures peuvent également la couper. Il est important d'inspecter et de remplacer les poulies présentant des signes d'usure.

Modes de défaillance des courroies de distribution

Les causes de défaillance des courroies de distribution sont nombreuses et il peut parfois être difficile d'en déterminer la cause exacte. Le présent document a pour but de définir, d'illustrer et d'identifier les modes de défaillance courants des courroies de distribution, afin de nous permettre de mettre en œuvre des mesures préventives et correctives appropriées.

Usure et rupture normales des courroies : Après 2 à 3 ans de fonctionnement, la rupture de la courroie devient normale lorsque le fil d’âme atteint sa limite d’élasticité. Après une utilisation prolongée, la rupture due à la fatigue du fil d’âme représente un mode de défaillance idéal. La figure 1 illustre une fracture irrégulière en dents de scie à 45°, caractéristique d’une rupture par fatigue normale du fil d’âme de la courroie.

Les dents de la courroie de distribution peuvent également se briser, mais ce mode de défaillance n'est pas considéré comme idéal. Lors d'une utilisation prolongée, même si la courroie conserve sa taille et sa forme initiales, une usure des dents se produit. Les fibres exposées de la couche de tissu de la courroie rendent les dents rugueuses et effilochées, comme illustré sur la figure 2. Les courroies de distribution ayant fonctionné pendant 2 à 3 ans ne nécessitent aucune autre intervention. La durée de vie d'une courroie de distribution varie considérablement en fonction de son application et de divers facteurs objectifs. Parmi ces facteurs, on peut citer la puissance transmise, l'environnement, la tension de la courroie lors de son installation, l'appariement courroie-poulie, les normes de qualité des poulies, et même les méthodes de découpe, d'emballage, de transport et d'installation de la courroie.

Rupture par flambage de la courroie de distribution : La rupture par flambage des courroies de distribution se manifeste généralement par un alignement rectiligne des fibres de l’âme le long de la surface de rupture, comme illustré sur la figure 3. Ce mode de défaillance survient lorsque les fibres de l’âme de la courroie sont pliées à un diamètre extrêmement petit. La flexion brutale soumet les fibres de l’âme de la courroie à une contrainte immense, provoquant leur déformation et leur endommagement, ce qui réduit la résistance à la traction de la courroie. La rupture par pincement de la courroie est le mode de défaillance le plus courant, généralement associé à un fonctionnement incorrect de la courroie, une tension d’installation insuffisante, un diamètre de poulie sous-dimensionné et la présence de corps étrangers dans la poulie.

Les causes du flambage des courroies de distribution dues à une utilisation incorrecte incluent : un stockage inadéquat, un emballage inadéquat et une manipulation incorrecte avant et pendant l’installation de la courroie. Une courroie fonctionnant sous une tension insuffisante peut continuer à sauter des dents jusqu’à ce qu’elle atteigne un niveau de tension acceptable ; c’est le phénomène appelé auto-tensionnement.

Le phénomène d'auto-tension est particulièrement visible à l'extrémité détendue de la courroie de distribution, là où les dents s'engagent dans la gorge de la poulie. Lors de cette auto-tension, les dents de la courroie sortent de la gorge jusqu'à ce qu'une tension accrue à l'extrémité tendue les y ramène. Ce retour forcé de la courroie dans la gorge provoque souvent une flexion soudaine et importante au point de contact entre la courroie et la poulie. Cette flexion peut endommager l'âme de la courroie. Ce type d'endommagement est appelé « torsion ». Si la tension à l'extrémité tendue est insuffisante pour ramener les dents de la courroie dans la gorge, celle-ci sautera des dents, ce qui peut également entraîner une torsion ou endommager les dents de la courroie de distribution.

Lorsqu'une courroie de distribution s'engage sur une poulie de diamètre insuffisant, elle peut endommager son âme ou se rompre par flambage. Des diamètres de poulies et de galets tendeurs inférieurs aux valeurs minimales spécifiées, la présence de galets tendeurs entre la courroie et les poulies principales, ou même un cintrage manuel de la courroie à un angle aigu peuvent tous entraîner un flambage.

L'introduction de corps étrangers dans le système d'entraînement peut également provoquer le pincement de la courroie. Ces corps étrangers créent des angles aigus entre la courroie de distribution et la poulie, ce qui entraîne la flexion du fil conducteur à cet endroit. Forcer la courroie sur la poulie à l'aide d'outils peut également l'endommager. Après des dommages causés par des corps étrangers ou l'utilisation d'outils inappropriés lors de l'installation (comme des tournevis), la courroie peut ne pas se rompre immédiatement, mais sa durée de vie globale sera réduite.

Charges d'impact : Lorsque les couples intermittents ou périodiques exercés par l'équipement entraîné dépassent les niveaux normaux, ces charges d'impact excèdent la résistance de la courroie de distribution, engendrant des chocs au sein du système d'entraînement. Ceci accélère souvent la rupture de la courroie de distribution. Les courroies trapézoïdales classiques peuvent atténuer les charges d'impact par un glissement momentané, mais les courroies de distribution doivent transmettre l'intégralité des charges.

Des chocs violents peuvent provoquer la rupture de l'âme de la courroie, selon un motif irrégulier et grossier, comme illustré à la figure 4. Après un choc instantané au niveau de la poulie, les dents de la courroie peuvent présenter des fissures à la base et/ou se casser. Si le choc est unique ou se répète cycliquement à un endroit fixe de la courroie, les dents restantes peuvent paraître intactes. La figure 5 illustre la propagation des fissures à la base d'une dent. Ces fissures peuvent parfois s'étendre jusqu'à l'extrémité de la dent. Lorsque les fissures s'accumulent en grand nombre, la dent peut se rompre, ne laissant intacte qu'une partie de celle-ci.

Les chocs générés par les équipements entraînés peuvent être inhérents au fonctionnement du système de transmission ou résulter de conditions exceptionnelles et ponctuelles, comme des blocages. Si ces chocs sont inévitables, il est nécessaire de renforcer la courroie de distribution ou d'opter pour un fonctionnement intermittent en remplaçant la courroie de distribution par une courroie trapézoïdale.

Tension excessive de la courroie de distribution : une tension excessive de la courroie peut provoquer le cisaillement ou la rupture des dents. De nombreuses courroies trop tendues présentent des signes évidents d'usure des dents. La figure 6 illustre un exemple de surface comprimée et de fissures à la base des dents d'une courroie de distribution. Ces fissures se propagent généralement à travers l'âme de la courroie jusqu'aux fissures adjacentes, entraînant le détachement progressif des dents. La figure 7 montre des marques d'usure sur une grande poulie, causées par une courroie soumise à une tension excessive. Une pression excessive sur la courroie provoque une usure généralisée, exposant finalement l'âme de la courroie. Pour éviter ces problèmes d'usure, la tension de la courroie doit être réglée avec précision.

Tension insuffisante lors de la pose de la courroie de distribution : Une tension insuffisante lors de la pose dans les systèmes de transmission soumis à des charges moyennes à élevées peut également entraîner une rupture prématurée de la courroie. Généralement, une rupture due à une tension insuffisante se manifeste par un saut de dents. Ce phénomène se produit lorsque les dents de la courroie sortent de leurs gorges de poulie respectives, ce qui réduit leur capacité portante. La charge continue de la transmission agit sur les côtés de la courroie, pliant les dents et provoquant leur saut. Lors du roulement des dents, le caoutchouc se déchire à partir de la base le long de l'âme. À mesure que la déchirure se propage, les dents de la courroie commencent à se détacher par bandes, comme illustré sur la figure 8. Une rupture due à un saut de dents excessif peut ressembler à une rupture due à une adhérence insuffisante entre le caoutchouc et l'âme. Cependant, contrairement à une rupture par saut de dents, une rupture due à une adhérence insuffisante laisse généralement les spires exposées à l'intérieur de la courroie propres et ordonnées.

Lorsque les dents de la courroie sortent de la gorge de la poulie et se tendent d'elles-mêmes, la courroie de distribution est sujette au saut de dents avant que le caoutchouc ne se déchire et que les dents ne se détachent. Les dommages causés à l'âme de la courroie par ce saut de dents entraînent souvent une défaillance prématurée. Le type de dommages ressemble à la fois à des ruptures nettes dues à une rupture par flexion et à des fractures irrégulières et angulaires dues à des chocs. Si la courroie ne saute pas de dents et continue de tourner pendant la mise en tension automatique, une usure excessive des dents se produit fréquemment. Ce type d'usure, appelé usure en crochet, résulte d'un mauvais alignement des dents de la courroie et des poulies, comme illustré sur la figure 9. L'usure en crochet est due à une tension d'installation insuffisante et à des systèmes d'entraînement instables présentant des variations d'entraxe sous faible tension.

Augmenter la tension d'installation d'une courroie permet généralement d'éviter le saut de dents prématuré et l'usure en crochet. Si, malgré cela, la courroie ne se rompt pas, cela peut indiquer que la structure du système d'entraînement est insuffisamment robuste pour empêcher un désalignement. Pour optimiser les performances de la courroie, il est essentiel d'accroître la force de support de la transmission. Si augmenter la tension d'installation est impossible, l'augmentation du diamètre des poulies permet à la courroie de transmettre des charges plus importantes avec une tension plus faible. Les valeurs de tension d'installation appropriées peuvent être obtenues à l'aide du logiciel de conception de Yonghang, calculées à partir du manuel de conception ou en consultant l'équipe d'experts de Yonghang.

Poulies mal alignées : En fonctionnement, les axes des poulies peuvent présenter un angle entre eux ou des défauts de conicité au niveau des dents lors de leur fabrication. Il en résulte une compression inégale entre les dents, due à une charge non uniforme appliquée à la courroie. La rupture de la courroie débute souvent par une fissure à la base d'une dent ou le long du côté soumis à la tension maximale, se propageant sur toute la largeur de la courroie jusqu'à la rupture des dents. Sous l'effet des fortes contraintes de traction, le côté fortement comprimé peut également présenter une usure importante, et la courroie peut se déplacer ou rouler vers la bride de la poulie. La figure 10 illustre une usure importante sur un côté de la courroie, causée par des contraintes de traction élevées.

Lorsqu'une courroie repose sur des poulies non parallèles munies de parois latérales, une usure importante se produit sur ses deux faces si elle est comprimée entre deux parois opposées. Dans ce cas, la courroie peut se déchirer à la base des dents ou se fendre de part et d'autre. Cette déchirure finit par se propager sur toute la longueur de la courroie, entraînant la rupture par cisaillement des dents.

Lorsqu'une courroie repose sur une poulie à flasques et une autre sans flasques, et que les poulies ne sont pas parallèles, la courroie se décale partiellement vers la poulie sans flasques. Cette portion de courroie supporte alors la totalité de la charge et peut présenter une usure concentrée après un certain temps d'utilisation. La figure 11 illustre cette usure concentrée sur la majeure partie de la surface des dents, sans usure ailleurs. Des fissures peuvent se former à la base de la dent sous la zone usée. La rupture de la courroie ou la fatigue de la surface des dents entraîneront à terme une défaillance prématurée de la courroie.

Déséquilibre ou inadéquation des poulies : Qu’elle soit due à une fabrication défectueuse des poulies ou à une usure excessive, une rupture prématurée de la courroie est souvent difficile à identifier. Cela s’explique en partie par le fait que, lorsqu’une courroie casse, rares sont ceux qui inspectent minutieusement les poulies, attribuant souvent le problème uniquement à la courroie de distribution elle-même. Lorsqu’une courroie de distribution tourne sur une poulie présentant un défaut dimensionnel, ses dents montrent une usure importante sur les côtés, tandis que le tissu latéral de la courroie prend un aspect duveteux, effiloché ou friable, comme illustré sur la figure 12.

Lorsque les courroies dentées (HTD, GT2) fonctionnent dans des systèmes de poulies de diamètres excessivement petits, elles peuvent subir un fendillement important et une rupture par traction, comme le montre la figure 13. Les courroies à dents trapézoïdales (XL, L, H, T5, T10, T20) présentent généralement des fissures à la racine ou un cisaillement des dents, bien que la rupture par traction soit relativement rare.

Une tension excessive peut accélérer l'usure des poulies. Sur les courroies ayant fonctionné longtemps, il arrive que les dents ou la toile soient complètement usées, signe d'une usure également importante des poulies. Lorsqu'une courroie est usée, son âme entre en contact avec la poulie, provoquant une usure de la gorge circonférentielle extérieure. Une arête saillante sur le sommet d'une dent de la poulie est un signe d'usure, comme illustré sur la figure 14. Attention : les surfaces usées sont extrêmement coupantes. Utilisez un tournevis pour les repérer afin d'éviter de vous blesser. Dans ce cas, la poulie doit être remplacée.

L'usure des poulies est plus rapide en milieu corrosif. Les poulies fortement usées présentent généralement une usure des gorges et une réduction du diamètre extérieur usiné. L'usure d'une poulie entraînant la rupture de la courroie se caractérise par un polissage de la base des dents et une déformation dimensionnelle localisée au niveau des dents. Le chromage dur des poulies permet d'allonger leur durée de vie en milieu corrosif. Par ailleurs, si une courroie neuve a une durée de vie plus courte que la précédente, il convient d'inspecter soigneusement la poulie afin de détecter toute usure excessive.

Faux-rond de la poulie : Lorsqu’une courroie fonctionne dans un système de poulies présentant un faux-rond radial, sa tension fluctue périodiquement avec la rotation de la poulie. Plus le faux-rond est important, plus la tension maximale augmente. Cet effet donne l’impression que la base de la dent est écrasée, comme illustré sur la figure 15. L’écrasement de la courroie peut ressembler à celui causé par une tension excessive sur des courroies entraînées par des poulies sous-dimensionnées. Des variations de tension périodiques extrêmes entraînent souvent une déchirure des bords des dents ou une rupture par allongement de la courroie.

Lors du montage de poulies sur des douilles coniques, ou après le réalésage du plus petit alésage de la poulie, un faux-rond se produit fréquemment. Les manuels de conception correspondants de Yonghang fournissent des instructions détaillées sur les procédures de montage standard et sur la manière d'assurer un ajustement correct de l'arbre à l'alésage.

Atmosphères corrosives : Lorsque les courroies fonctionnent dans des environnements corrosifs (mélangeurs de fonderie, équipements de traitement du minerai de fer ou convoyeurs d’extraction de phosphate), les flancs et la base des dents s’usent, laissant souvent des zones polies. La figure 16 montre une courroie Power Strong GT2 usée dans un environnement très corrosif. Les poulies s’usent généralement plus vite en air corrosif ; il est donc recommandé de remplacer les poulies et les courroies simultanément. Pour prolonger leur durée de vie, installez un carter étanche pressurisé à l’air propre afin d’éviter toute contamination par des particules de poussière corrosives.

Ce durcissement, combiné à la flexion lors du fonctionnement, provoque des fissures sur la face arrière de la courroie. Ces fissures sont parallèles à la direction des dents et se produisent fréquemment au centre de celles-ci, comme illustré à la figure 17. Les forces de cisaillement au niveau des dents peuvent également entraîner une rupture par traction de la courroie.

Les courroies en caoutchouc résistant aux hautes températures sont adaptées aux applications exigeant de tels environnements. Leur conception spécifique prolonge leur durée de vie.

Pour déterminer si des courroies spécialisées résistantes aux hautes températures peuvent améliorer les performances dans des applications spécifiques, veuillez contacter les représentants commerciaux de Yonghang.

Dégradation chimique : La défaillance des courroies en caoutchouc exposées aux solvants organiques volatils et à l’ozone est similaire à celle observée à haute température. Les composants en caoutchouc durcissent, ce qui entraîne l’apparition de fissures sur la face arrière de la courroie. Cependant, la configuration de ces fissures est irrégulière car le durcissement de la structure du caoutchouc se produit principalement près de la surface. Il peut en résulter des fissures longitudinales et transversales, susceptibles de prendre des formes très variées.

La figure 18 montre la fusion à haute température de la courroie de distribution GT2 PU.

Ingestion de corps étrangers : Lorsque des corps étrangers s’insèrent entre la poulie et la courroie, ils endommagent les dents et les brins de l’âme. Les brins de l’âme se rompent généralement (voir figure 19 ) ou cèdent peu après sous l’effet d’une flexion excessive (voir figure 20 ). La rupture partielle des brins de l’âme réduit considérablement la résistance à la traction de la courroie, ce qui diminue sensiblement sa durée de vie. Si une courroie de distribution est endommagée, elle doit être remplacée et les poulies inspectées. Toute poulie endommagée doit également être remplacée sans délai.

En comprenant systématiquement ces types de défauts et leurs causes, le taux de défaillance de la courroie de distribution peut être efficacement réduit, améliorant ainsi sa fiabilité et sa durée de vie. J'espère que cela vous sera utile si vous utilisez actuellement une courroie de distribution.

Je suis Lucy, l'auteure de cet article. Pour toute question concernant les courroies synchrones, n'hésitez pas à me contacter.